На каком свойстве метана основано получение из него сажи
Часто этот взрывоопасный газ называют «болотным». Всем известен его специфический запах, но на самом деле это — специальные добавки «с запахом газа», которые добавляются для того, чтобы его распознать. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов. Помимо всего прочего, этот газ довольно активно участвует в образовании всем известного парникового эффекта.
Метан — газ, обычно связанный с живыми организмами. Когда в атмосферах Марса и Титана обнаружился метан, у ученых появилась надежда на то, что на этих планетах существует жизнь. На Красной планете метана немного, а вот Титан буквально «залит» им. И уж если не для Титана, то для Марса биологические источники метана столь же вероятны, как и геологические.
Метана много на планетах-гигантах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, где он возник как продукт химической переработки вещества протосолнечной туманности. На Земле он редок: его содержание в атмосфере нашей планеты — всего 1750 частей на миллиард по объему (ppbv).
Источники и получение метана
Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).
На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.
Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.
В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.
Свойства метана
Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м3. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O2).
Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м2. После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.
При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.
Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.
Применение метана
Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.
При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.
Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.
Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т. н. синтез-газа): CH4 + H2O → CO + 3H2, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др. Важное производное метана — нитрометан.
Автомобильное топливо
Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20–25 МПа (200–250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.
Метан и парниковый эффект
Метан является парниковым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.
Сейчас среднее содержание метана CH4 в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million, частей на миллион). И, хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO2), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана — то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей — существенно выше, чем от СО2. Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов — СO2, паров воды, метана и некоторых других примесей средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C.
Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.
Источник
Главная -> Калейдоскоп ->
Способы производства технического углерода
Промышленные способы производства сажи основаны на разложении углеводородов под действием высокой температуры. образование сажи в одних случаях происходит в пламени горящего сырья при ограниченном доступе воздуха, в других – при термическом разложении сырья в отсутствие воздуха. некоторые виды сажи получают, извлекая ее из продуктов синтеза различных углеводородов, например, при синтезе ацетилена из метана. Каждый из этих способов получения сажи имеет ряд разновидностей.
Получение сажи сжиганием сырья при ограниченном доступе воздуха осуществляется в основном двумя способами.
По наиболее распространенному способу сырье сжигают в печах, снабженных горелками различного устройства. Образовавшаяся в пламени сажа в течение некоторого времени (до 6 секунд) находится вместе с газообразными продуктами процесса в зоне высокой температуры. После этого смесь сажи и газов охлаждают и отделяют сажу от газов в специальных аппаратах.
По второму способу сырье сжигают при помощи горелок с узкой щелью, установленных в металлических аппаратах. Плоское пламя горящего сырья соприкасается с движущейся металлической поверхностью. Время соприкосновения пламени с этой поверхностью незначительно. Осажденная на металлической поверхности сажа быстро удаляется из зоны сажеобразования.
По обоим способам образование сажи происходит в пламени горящего сырья, т.е. процесс сводится к тому, что часть сырья сгорает, создавая необходимую температуру для разложения остальной части сырья.
Широкое распространение получил способ, при котором создание необходимой температуры для разложения сырья происходит не в результате сжигания части сырья, а посредством сжигания какого-либо другого топлива. Наиболее пригодными топливами является природный газ и нефтяной пиролизный газ, получаемый в значительных количествах при переработке нефти. Иногда для этой цели применяют какое-либо недорогое жидкое нефтяное топливо. Реакторы или печи для получения сажи имеют в таком случае две зоны. В одной из них сжигают газ или жидкое топливо при небольшом избытке воздуха, а в другую зону, в которой находится пламя горящего газа, вводят нагретое, а иногда даже испаренное жидкое сырье.
При этом способе получения сажи выход продукции выше, чем при сжигании сырья с целью получения как тепла так и сажи. Кроме того, этот способ легко управляем и позволяет получать сажу с самыми различными свойствами.
Термическое разложение сырья без доступа воздуха также производится различными способами. Некоторые виды сажи получают разложением газообразных или парообразных углеводородов в генераторе, нагретом предварительно до высокой температуры.
До сих пор не существует рациональной терминологии для отдельных видов сажи. Название сажи часто указывает на способ, которым она получена. Так, название “канальная” показывает, что сажа полученная путем осаждения на металлической поверхности, оформлена в виде каналов. Название “печная”, “термическая”, “форсуночная” также указывают на способ получения сажи. “Ламповая” сажа прежде вырабатывалась путем сжигания масел в лампах. В настоящее время такую сажу получают в печах, но название ее сохранилось до сих пор. Название некоторых видов сажи отражают и способ получения и исходное сырье, например, “канальная газовая”, “печная газовая”.
Ламповую, форсуночная и газовую печную сажи получают при неполном сгорании сырья в печах различных конструкций, газовую, канальную и антраценовую – сжиганием газообразного сырья в щеловых горелках с последующим осаждением сажи на металлической поверхности. Печные активные сажи ПМ-70 и другие полуактивную сажу ПМ-50 производят в реакторах, которых сжигают газ для создания необходимой температуры и затем вводят сырье для разложения. Иногда сажи ПМ-70 и ПМ-50 получают также как и форсуночную сажу – неполным сжиганием сырья в печах. Термическим разложением сырья в отсутствие воздуха получают термическую сажу из природного газа и некоторые сорта ацетиленовой сажи.
Следует отметить, что неоднократно делались попытки получить сажу размолом активированного угля (древесного и торфяного); кокса и других веществ содержащих много углерода. но даже при самом тонком помоле таких веществ получить сажу не удавалось. Неудача объясняется тем, что применявшиеся материалы имели аморфную или кристаллическую структуру, тогда как сажа по строению занимает промежуточное место между аморфным углем и кристаллическим графитом.
ОАО БЗТУ получает сажу печным способом. В производстве используются жидкое сырье, в состав которого входят термогазойль, антраценовое масло и пековый дистиллятор.
Выбранный печной способ получения сажи является наиболее распространенным. К его преимуществам относятся:
– возможность получения сажи с разнообразными технологическими свойствами;
– высокий выход сажи, из-за чего себестоимость печных саж ниже себестоимости саж, полученных другими способами;
– несложное управление процессором сажеобразования;
– возможность полной автоматизации процесса.
Так как в производстве техуглерода марки П-234 на предприятии ОАО БЗТУ используется жидкое топливо и сырье, то наиболее рациональным является использование (применение) аппарата для получения сажи – циклонный реактор с радиальным выводом сырья ИТС-238.
…
Главная -> Калейдоскоп
Благодарим за поддержку интернет-газету “Пятница” – популярное сетевое издание города Ишимбай. На сайте представлено множество интересных разделов, среди которых “Ишимбай работа”, свежие новости, объявления. Вся жизнь города отражена здесь, как в зеркале.
Источник
1.Углерод и Водород
2.Попутный газ — смесь паро- и газообразных компонентов из скважин, а также выделяющихся из пластовой нефти в процессе ее дегазации. С одной тонны, в зависимости от района добычи, может быть получен попутный газ в размере 800м3. Если в газе преобладает метан и другие тяжелые углеводороды — это может вызвать детонацию, чтобы этого избежать, необходима адаптация газовых двигателей с помощью дополнительных устройств.
Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ.
Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °С) природный газ находится только в газообразном состоянии.
3.Общий состав
Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 , преимущественно сернистые (около 250 веществ) , азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ) , а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые) ; остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4 , вода (от следов до 10 , минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более) , растворы солей органических кислот и др. , механические примеси. [источник? ]
[править] Углеводородный состав
В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 . В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические). [источник? ]
[править] Элементный состав и гетероатомные компоненты
Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие — H2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70—90 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне) ; азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках) ; кислородсодержащие — нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях) . Элементный состав (%): 82-87 °C; 11-14,5 Н; 0,01-6 S (редко до 8); 0,001-1,8 N; 0,005—0,35 O (редко до 1,2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V(10−5 — 10−2 , Ni(10−4−10−3 , Cl (от следов до 2·10−2 и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно.
4.Горением, всегда выделяеся CO2
5.C3H6 и С4H8
6.C10H20
7.Кратностью свяи ( в этене есть, в этане нет)
8.На разложении (вначпале обр. ацетилен затем он разлагается на уголь и водород)
И так далее возьмите и прочитайте учебник, а если и этого не можете откройте хотя бы поисковик.
Источник
Тема «Алканы»
Обобщение и систематизация знаний
10 класс, базовый уровень сложности
Цели и задачи урока:
обобщить и систематизировать знания учащихся по теме «Алканы»; формировать у учащихся взаимосвязь «строение – свойства углеводородов» на примере алканов;
развивать навыки работы с презентациями, алгоритмами; формировать навыки и умения самостоятельной работы и работы в коллективе;
развивать ответственность, инициативность, творчество, добросовестное отношение к выполняемой работе. Воспитывать понимание значимости химических знаний в повседневной жизни.
проверить степень готовности к обобщению и систематизации знаний учащихся по теме «Алканы».
Формы работы: индивидуальная и фронтальная, групповая.
Оборудование: компьютеры, мультимедийный проектор.
I. Организационный момент.
Подготовка учащихся к работе. Приветствие. Определение отсутствующих. Проверка готовности к уроку. Создание у учащихся учебной мотивации. 2 минуты
Слайд №1
II. Обобщение и систематизация знаний.
Работа с конспектом и алгоритмом «Алканы».
Учитель: Закончите алгоритм «Алканы». Следуйте пояснениям при выполнении заданий. Весь алгоритм законспектируйте в тетради или на альбомном листе.
Слайд №1
Строение алканов.
Выбор (угол связи, тип гибридизации)
Слайд №2
Определение физических свойств алканов.
(Г, Ж, Т.)
Слайд №3
Выбор наиболее характерных для алканов реакций.
(Реакции замещения)
Слайд №4
Выполнение задания на определение характерных химических реакций с участием алканов.
Учащиеся записывают данную ниже схему себе в тетрадь (слайд №4). тетради. На выполнение всего задания отводится 5-7минут. После этого, обмениваются тетрадями с одноклассниками, запускают презентацию и выставляют своим товарищам оценки.
Основные химические свойства алканов
Алкан
Реагент
Продукты
Вид реакции
НзС-СНз
→
СН2=СН2+Н2
Н3С-СН3
→
2H20+C02
горение
Н3С-СН3
→
Н3С-СН2C1+НС1
замещение
С6Н14
→
С2Н6+С4Н8
♦ Определите реагенты, продукты и типы реакций. Материалы для вставки: крекинг; дегидрирование; +202; +С12.
Критерии оценки работ
Каждое правильно выполненное задание оценивается в 1 балл
(максимальное количество баллов за задание – 5)
Несколько уроков назад, вы получили задание приготовить сообщения и презентации по темам:
1 Природные источники углеводородов.
Давайте посмотрим что у нас получилось
(Слайды презентации природного газа. Ученик класса
Слайд №1)
Природный газ – одно из важнейших горючих ископаемых, занимающих ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств, важное сырьё для химической промышленности
(Слайд №2)
Природный газ – смесь газообразных углеводородов с небольшой молекулярной массой.
Состав газа: метан (от 75 до 99%), этан, пропан, бутан, изобутан, а также азот и углекислый газ.
(Слайд №3)
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах так называемых одорантов. Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан.
(Слайд №4)
Добыча газа ведётся из специально пробуренных скважин. Достаточно часто газ является сопутствующим элементом при добыче нефти и угля.
Очень важно и ценно, что природный газ можно транспортировать на значительные расстояния с относительно небольшими затратами – по газопроводам. Хранят природный газ в подземных газохранилищах
(Слайд №5)
Природный газ, является экологически чистым топливом. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Отсутствует зола и вынос твердых частичек в атмосферу
В последние годы газ находит применение как топливо для автомобилей. В нашем городе есть специальные заправочные станции, для автомобилей, работающих на газе.
(Слайд №6)
Значительный объем метана предназначается для отопления жилых, служебных помещений, для приготовления пищи и других бытовых целей. В сельском хозяйстве с помощью газа обогревают помещения для скота, сушат зерно, фрукты. Сжигая метан в теплицах, получают не только тепло, но и углекислый газ, который способствует увеличению урожайности овощей и сокращению сроков их созревания
(Слайд №7)
В 1995 году «голубой огонёк» природного газа загорелся и в нашем селе.
.Вопросы:
1. Почему, изучая тему алканы, мы говорим о природном газе?
2. Есть ли формула у природного газа, если есть, то какая?
3. Основной компонент природного газа?
Следующее сообщение: «Метан»
(Слайды презентации метан. Ученик класса).
(Слайд №1)
Метан, он же болотный или рудничный газ.
Не обладает цветом и запахом; легче воздуха, мало растворим в воде.
(Слайд №2)
Повсеместно распространён в природе. Является главной составной частью многих горючих газов, как природных, так и искусственных, образующихся при сухой перегонке дерева, торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти.
(Слайд №3)
Выделяется со дна болот и из каменноугольных пластов в рудниках, где он медленно образуется при разложении растительных остатков без доступа воздуха.
(Слайд №4)
Метан содержится в атмосфере Сатурна и Юпитера, в твёрдом состоянии обнаружен на Нептуне и Уране.
Однако, характер его не столь романтичный, как кажется на первый взгляд.
(Слайд №5)
В сочетании с воздухом (или с кислородом в соотношении по объёму 1:2) метан образует взрывчатые смеси. По уравнению реакции, метан взаимодействует с кислородом с образованием углекислого газа и воды; при этом выделяется 880 кДж энергии.
(Слайд№6)
В последнее время мы постоянно узнаем о взрывах в шахтах, на газопроводах и железных дорогах; виновник всего этого – газ.
Жертвами газа иногда становятся домохозяйки, когда забывают о необходимости осторожно пользоваться газовыми приборами. Если метан залить водой, он перестает гореть и скапливается в помещении, в результате чего может произойти взрыв, сопровождающийся пожаром, разрушениями и жертвами.
Поэтому, если не соблюдать правила техники безопасности при работе с метаном, он становится опасен как в быту, так и на производстве.
III. Закрепление и контроль знаний. 1.
Для лучшего усвоения учебного материала предлагаю учащимся выполнить небольшой тест, содержащий базовый материал по предмету.
Учащиеся включают компьютеры, находят задания, сверяются с ответами, если есть ошибки, обсуждаем их.
Критерии оценки работ прежние. Максимальное количество баллов – 4
Тест №1
Укажите, какие из формул соответствуют изомерам гексана:
Алкану которого нет изоморов:
а) гексан; в) пентан;
б) бутан; г) пропан;
3. Реакция нехарактерная для алканов:
а) горения; в) разложения;
б) галогенирования; г) гидрирования.
4. Вещества, формулы которых
CH3 – CH − CH3 и CH3 – CH − CH2 − CH3
І І
CH3 CH3
являются:
а) гомологами; в) изомерами;
б) веществами разных классов; г) одним и тем же веществом.
Правильные ответы:
После прохождения программированного теста на компьютере ученики начинают выполнять тестирование в тетради. Это более сложные задания. Каждое из них оценивается в 1 балл. На выполнение работы отводится 10-12 минут.
Тест № 2
1. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:
С2Н2←СН4→СH3Cl
2. Чем одновалентный радикал метана (метил) отличается от молекулы метана?
а) имеет неспаренный электрон,
б) является нейтральной частицей,
в) не реакционно-способный,
г) реакционно-способный
3. На каком свойстве метана основано получение из него элементарного углерода С (сажи)?
а) на реакциях замещения,
б) на способности гореть,
в) на реакциях разложения,
г) на реакциях синтеза
4. В каком углеводороде – метане или этане – массовая доля углерода больше? Ответ подтвердите расчётами.
Ученики, раньше остальных выполнившие верно все задания, осуществляют взаимопроверку.
Ответы:
1 вопрос: 1. СН4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
2. 2CH4 → С2Н2 + 3Н2
2 вопрос: – а
3 вопрос: – в
4 вопрос: ώ(С) в СН4 =75%; ώ(С) в С2Н6 =80%
Критерии оценок те же. Максимальное количество баллов – 4.
IV.Подведение итогов.
Суммирование оценок, выставление итоговых отметок.
«5» – 12-13 баллов «3» –5-8 баллов
«4» – 9-11 баллов «2» – менее 5 баллов
V.Домашнее задание.
Составьте все возможные изомеры гептана, назовите их по систематической номенклатуре.
По учебнику:
На «3» – задание №7, стр. 32
На «4» – задания №7 и 8, стр. 32
На «5» – задания №11, 12, стр. 33
Литература
Габриелян О.С. Химия. 10 класс: Настольная книга учителя / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М.: Дрофа, 2004.
Габриелян О.С. Химия. 10 класс. Базовый уровень: учебник для общеобразовательных учреждений / О.С. Габриелян. -2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2006.
Габриелян О.С. Органическая химия в тестах, задачах, упражнениях. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных учреждений / О. С. Габриелян, И.Г. Остроумов, Е.Е. Остроумова. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005.
. Габриелян О.С.Химия. 10 класс: контрольные и проверочные материалы к учебнику О.С. Габриеляна «Химия. 10 класс. Базовый уровень» / О.С. Габриелян, П.Н. Берёзкин, А.А. Ушаков и др. – М.: Дрофа, 2008.
Источник